천문학 연구의 최전선과 의미

스페이스 오페라 ㅣ 렉처 사이언스 KAOS 13
임명신 외 지음 / 반니 / 2022년 4월

태양계와 외계행성부터 운석충돌로 인한 지구멸망 시나리오, 별과 은하의 일생, 그리고 외계생명체에 이르기까지 다양한 천문학 분야에 대해 각 분야의 국내전문가들로부터 강연을 듣는 것 같은 즐거움이 있다. 카오스재단에서 강연을 묶어 펴내는 렉처 사이언스 시리즈를 이 책까지 두 권 읽었는데, 첫 번째로 읽은 <기원, 궁극의 질문들>보다는 좀 더 만듦새가 좋다. 그림과 본문이 따로 노는 것은 많이 해소됐으며 오타도 거의 보이지 않는다. 

천문학은 낭만적인 사람이 하는 것이 맞는 것 같다. 이른바 '산업'에는 별 도움이 안 되는 천문학 연구의 수준이 한 나라의 철학과 국력을 나타낸다는 생각이 들기도 한다. 우리나라는 이전의 아무런 존재감이 없던 수준에서 벗어나 근래에는 천문학 연구에도 많은 기여를 하는 듯 싶다. 

이 책은 나름 전문적이며 최근의 연구 성과까지 보여준다. 하지만 넓은 분야를 간단히 소개하는 개관이기 때문에 이 책에 참여한 저자들이 각자 펴내는 좀 더 상세한 책이 있다면 읽고 싶다. 

다음은 이석영 교수가 쓴 에필로그에서 가져왔다. 

  얼마 전 TV에서 재밌는 장면을 봤습니다. 어린아이에게 사랑이 뭐냐고 물었더니 주저 없이 "갑자기 꼭 껴안아 주고 싶은 거"라고 답했습니다. 그 장면이 너무 귀여워서 여러 번 되돌려 봤습니다. 그런데 그 아이보다 몇 배 넘게 산 그 아이의 엄마에게 같은 질문을 한다면 뭐라고 답을 할까요? 아마 잠시 머뭇하다 "잘 모르겠어" 하고 답할 것 같습니다. 아이의 엄마가 그 아이보다 정말 몰라서 모르는 걸까요? 살면서 배우는 것은 결국 큰 의미가 없는 걸까요? 우리가 과거에 모르던 것까지 이제는 모르고 있다는 것을 인지한 것이고, 그건 아는 것 못지않게 값진 겁니다. 우리 인류는 앞으로 많은 것을 알게 됨과 동시에 더 많은 모르는 것이 있음을 알게 될 것입니다. (261~262 페이지)

Platonic reality of mathematical ideas

'계산가능성computability'에 대한 Turing과 Church의 접근 방법을 길게 논의한 후 펜로즈는 다음과 같이 말한다. 

  Like so many other mathematical ideas, especially the more profoundly beautiful and fundamental ones, the idea of computability seems to have a kind of Platonic reality of its own. It is this mysterious question of the Platonic reality of mathematical concepts generally that we must turn to in the next two Chapters. (p. 70)

자본주의의 미래?

지속 불가능 자본주의 - 기후 위기 시대의 자본론
사이토 고헤이 지음, 김영현 옮김 / 다다서재 / 2021년 10월

저자 사이토 고헤이齋藤幸平는 1987년생으로 현재 도쿄대학교 부교수이다. 독일 베를린 훔볼트대학에서 마르크스 철학 연구로 박사학위를 받았다. 

기후 위기로 인류의 미래에 의문이 드리운 이때, 저자가 주장하는 바는 이렇다. 자본주의로는 인류의 미래에 희망이 없다. 자본주의는 그 특성상 성장을 지속해야 하는데, 산업혁명 이래 자본주의에 기반한 급격한 성장이 현재의 기후와 생태 위기를 가져왔기 때문이다. 현재 제기되는 다양한 해법들, UN의 SDG(sustainable development goals, 지속 가능한 발전 목표)나 기후 케인스주의 등은 모두 미봉책일 뿐이라고 그는 진단한다. 

그는 이제 탈성장(degrowth)을 목표로 삼아야 하며, 이를 위해서는 자본주의를 버리고 생태주의에 기반한 코뮤니즘을 기반으로 삼아야 한다고 주장한다. 그렇다, 소련의 해체로 역사와 공산주의에 종말이 선언된 이때, 그는 코뮤니즘을 말한다. 그가 말하는 코뮤니즘은 생산수단을 노동자들이 협동조합의 형태로 소유하여 민주적으로 결정을 내리고 운영하는 코뮤니즘이다. 

그는 말년의 마르크스가 당시의 생태주의와 중세의 공유(commons)에 기반한 전통사회 연구를 통해 인류는 자본주의를 거쳐 코뮤니즘으로 진행한다는 단선적 '역사의 진보'에 대한 생각을 바꾸었다고 말한다. 그 연구 결과는 어떠한 저작물로도 나오지 않았지만 그의 연구노트와 편지 등을 통해 살펴볼 수 있다는 것이다. 저자는 말년에 마르크스가 수행했던 연구로부터 통찰을 얻을 수 있으며, 협동체로 번역되는 게노센샤프트genossenschaft에 우리의 미래가 있다는 주장을 펼치고 있다. 자본주의의 미래에 근본적 의문을 제기한다는 점에서 과격할지 몰라도 곱씹어 볼 만하다. 

책 속 몇 구절을 다음에 옮긴다.

  가장 중요한 것은, 노동과 생산의 변혁이다. 이 책의 입장이 기존의 탈성장파와 결정적으로 다른 것은 바로 이 대목이다. 기존의 탈성장파는 마르크스주의와 노동운동에 대한 반감을 신경 쓰느라 '노동'이라는 차원에 파고들려 하지 않았다.

  실제로 기존의 탈성장파는 주로 소비 차원에서 이뤄지는 '자발적 억제'에 초점을 맞춘다. 절수.절전을 하고, 육식을 그만두고, 중고품을 사고, 물건을 공유하는 식으로 말이다. 하지만 그렇게 소유, 재분배, 가치관 변화 등에만 주목하여 노동을 근본적으로 바꾸려 하지 않기 때문에 자본주의와 맞서지 못하는 것이다. (290페이지)

생산이라는 영역에서는 공동체가 태어난다. 제8장에서도 살펴보겠지만, 그 공동체에는 더욱 넓게 퍼져서 사회 전체에 큰 영향을 미칠 수 있는 잠재력이 있다. 노동에서 생겨난 운동에 정치까지 움직일 가능성이 숨어 있는 것이다.

  그 때문에 이 책에서 문제시하는 것은 일상생활 차원의 '제국적 생활양식'이 아니라 그런 소비를 가능하게 하는 생산이다. 즉, 중요한 것은 '제국적 생산양식'의 극복이라는 말이다. 제국적 생활양식을 바로잡기 위해서는 먼저 제국적 생산양식을 극복해야 한다.

  단, 생각 없이 하향식 해결책에 의존하는 '정치주의' 모델로는 효과를 거둘 수 없다는 점을 다시금 강조해두겠다.

  물론 정치는 필요하다. 기후 변화 대책의 제한 시간을 앞두고 하향식 대책을 요구하는 이들도 있다. 다만 정치가 기후 변화와 맞서려면 자본에도 도전해야 한다는 점을 떠올려보자. 그런 정치를 실현하려면 사회운동의 강력한 지원이 반드시 이뤄져야 한다. (294페이지)

  그[<자본>에 숨어 있던] 진정한 구상은 크게 다섯 가지로 정리할 수 있다. '사용가치 경제로 전환, '노동 시간 단축', '획일적인 분업 폐지', '생산 과정 민주화, '필수 노동 중시'. (297페이지)

오해하지 않도록 거듭 이야기하지만, 마르크스가 만년에 했던 주장은 도시 생활과 첨단 기술을 버리고 촌락공동체 사회로 돌아가자는 것이 아니었다. 이미 불가능한 일이고, 그런 생활을 이상화 할 필요도 없다. 촌락공동체 같은 생활에도 이런저런 문제가 있으며 도시에도 기술 발전에도 높게 평가할 점은 많이 있다. 도시와 기술의 합리성을 전부 부정해버릴 필요는 전혀 없다.

  그렇지만 현재의 도시에는 문제가 많으며 수정이 필요하다. 공동체의 상호부조가 속속들이 해체되었고, 막대한 에너지와 자원을 낭비하는 지속 불가능한 생활을 하고 있기 때문이다. 다르게 말하면 도시화가 도를 지나친 상태다.

  그 결과 도시는 이산화탄소 배출량 중 약 70퍼센트를 차지하고 있다. 기후 위기와 맞서 상호부조를 되찾으려면, 도시 생활을 바꿔야 한다. 도시를 버리고 산골에 틀어박힌들, 최종적으로 지구 전체가 '대홍수'에 휩쓸리면 아무것도 남지 않을 것이다. 지금 우리는 자본이 만들어낸 도시라는 공간을 비판하고 새로운 도시의 합리성을 만들어낼 필요가 있다. (324-325 페이지)

양자컴퓨터의 제약

There will always be stray air molecules and stray photons ricocheting off qubits, causing them to lose their quantumness and decohere into normal bits. This can be corrected but, for each qubit, this error correction requires anything from 10 to 100 qubits. A conventional computer develops an error--a 0 flipping to a 1 or vice versa--about once every trillion trillion operations. However, a quantum computer develops an error about once every thousand operations. This is a crippling rate and it is not yet certain that such error correction can, in practice, outpace the accumulation of errors.

  Currently, the record-holding quantum computer, announced by IBM in November 2021, has 120 qubits. This is almost double the number of the previous record-holder that was built by Google. However, the number of qubits being quoted is deceptive since only a small portion of qubits are useable for calculations, while the rest are needed simply to correct the errors accumulating in those qubits. (p. 167)

<지금 과학> 원문 비교

제목이 <The One Thing You Need to Know>인 원서의 부제가 미국 아마존에서는 ‘21 Key Scientific Concepts of the 21st Century’인데 실제 책에는 ‘The Simple Way to Understand the Most Important Ideas in Science’라고 적혀 있다. 길어서 외우기 어렵다. 책 제목 자체도 길다. 

국역판 읽으며 오역으로 의심됐던 것들을 원서와 대조해 본다. 밑줄은 이상한 부분을 나타낸다. 

- 아인슈타인은 아무리 빨리 달려가도 따라잡을 수 없는 전자기파는 바다에서 얼어붙어 움직이지 않는 파도처럼 보일 것이라고 생각했다. (118 페이지)

원문: If it were possible to catch up and ride alongside such an electromagnetic wave, reasoned Einstein, it would appear unmoving, like a wave on a frozen sea. (p. 109-110)

‘만약 이러한 전자기파를 따라잡아 타고갈 수 있다면 마치 얼어붙은 바다 위의 파도처럼 정지해 보일 것이라고 아인슈타인은 생각했다.’가 더 올바르다. 

- 철길 옆에 서 있는 관찰자에게는 수직 방향의 위아래로 움직이는 레이저 광선이 상당히 다르게 보일 것이다. 빛이 천장을 향해서 날아가는 동안에 기차는 앞으로 움직이기 때문이다. 따라서 빛은 예상보다 더 뒤쪽 천장에 도달하게 된다. 마찬가지로 빛이 다시 바닥으로 되돌아올 때도 기차는 앞으로 움직일 것이고, 따라서 빛은 레이저가 있는 곳보다 더 뒤쪽에 도달하게 된다. 결국 관찰자는 빛이 직선으로 올라갔다가 내려오지 않고 더 긴 경로를 따라 움직인다고 생각하게 된다. (120 페이지)

이 부분은 읽으며 번역이 잘못됐다고 생각했는데, 원문을 보면 원문 자체가 이상하다. 

원문: From your vantage point, standing beside the track, you do not see the laser go up and down vertically but something quite different. While the light is in flight towards the ceiling, the train travels forward. The light therefore strikes the ceiling further back along the train than might be expected. Similarly, as the light is in flight back down to the floor, the train travels further forward, so the light strikes the floor further back from the laser. (p. 111)

빛은 위아래로 왔다 갔다 하며 기차와 함께 이동한다. 기차는 움직이지만 빛은 제자리에서 왔다 갔다 해서 천장 더 뒤쪽에 도달하는 것처럼 철길 옆에 서 있는 관찰자에게 보이는 것이 아니다. 그 반대이다. 다음처럼 수정하는 것이 좋겠다. 

철길 옆에 서 있는 관찰자에게는 수직 방향의 위아래로 움직이는 레이저 광선이 상당히 다르게 보일 것이다. 빛이 천장을 향해서 날아가며 기차와 함께 앞으로 움직이기 때문이다. 따라서 빛은 더 앞쪽에서 천장에 도달하게 된다. 마찬가지로 빛이 다시 바닥으로 되돌아올 때도 기차는 앞으로 움직일 것이고, 따라서 빛은 더욱 앞쪽에서 레이저가 있는 곳에 도달하게 된다. 결국 관찰자는 빛이 직선으로 올라갔다가 내려오지 않고 더 긴 경로를 따라 움직인다고 생각하게 된다.

- 러시아의 물리학자 이고르 노비코프는 1988년 소비에트 우주 정거장에 머물다가 지구로 돌아온 승무원들로부터 그런 사실을 확인했다. 1년 동안 초속 8킬로미터의 속도로 궤도를 돌았던 그들의 시계는 매초마다 100분의 1초씩 느리게 움직이고 있었다. (122~123 페이지)

초속 8킬로미터가 우리 기준으로 보면 빠르지만 빛의 속력과 비교해보면 미약하기 그지 없다. 그런데 시계가 ‘매초마다’ 100분의 1초씩 느리게 움직인다고 번역돼 있다. 상대성이론의 효과가 너무 크다. 가령 이렇게 1시간을 보내면 3600초 곱하기 100분의 1초, 즉 36초만큼 시간이 느리게 간다는 것이다! 1년의 시간을 이렇게 보내면 여기에 또 24 곱하기 365를 해야 한다! 

원문: The Russian physicist Igor Novikov observed that, when the crew of the Soviet Salyut space station returned to Earth in 1988 after orbiting for a year at 8 kilometers a second, they stepped into the future by one hundredth of a second. (p. 113)

“they stepped into the future by one hundredth of a second”가 해당하는 원문이다. 승무원들이 지구로 돌아왔을 때 100분의 1초만큼 미래로 갔다는 것이다. 이들의 시계가 100분의 1초만큼 느리게 가서 우리보다 100분의 1초만큼 나이를 덜 먹었기 때문이다. 이들은 100분의 1초만큼 미래로 간 것이다. 원문에는 “매초마다”라는 엄청난 효과를 야기하는 말이 없다. “1년 동안 초속 8킬로미터의 속도로 궤도를 돌았던 그들의 시계는 100분의 1초만큼 느리게 갔다.”고 해야 할 것이다. 

- 우주선이 1g(지구 표면에서의 평균 중력가속도[980cm/s2]/역주)의 힘으로 가속되고 있다면, 비행사의 두 발은 지구 표면에 서 있을 때와 똑같이 선실 바닥에 붙어 있게 된다. (141 페이지)

원문: … the spacecraft is accelerating at 1 g so his feet are pinned to the floor of the cabin, exactly as they would be if he were standing on the surface of the Earth. (p. 128)

“1g의 힘”이라는 어색한 말이 원문에는 없다. 1g는 가속도이지 힘이 아니다. 

- 미국의 물리학자 리처드 파인먼은 “전자는 한곳에 쌓여서 테이블과 같은 단단한 고체를 만들지는 못한다”라고 말했다. (171 페이지)

원문: ‘It is the fact that electrons cannot get on top of each other that makes tables and everything else solid,’ said the American physicist Richard Feynman. (p. 154)

올바른 번역은 다음과 같다: “전자들이 한 곳에 있을 수 없다는 사실로 인해 테이블과 다른 모든 것들이 단단하게 된다”고 미국의 물리학자 리처드 파인먼은 말했다. 전자가 배타원리를 만족한다는 사실로 인해 물체의 단단함이 생겨남을 얘기하는 문장이다. 

- 그런 꿈은 한 가지 문제 때문에 무산되고 말았다. 양자 전기동력학quantum electrodynamics의 방정식이 무너지면서 도무지 말이 되지 않는 예측을 쏟아냈던 것이다. 물리학자들이 그러한 무한대의 문제를 해결할 방법을 찾기는 했으나, 이 구제책은 힘 매개체가 질량이 없을 때에만 성립했다. 그러나 약력이 질량을 가지지 않을 수 없다는 사실은 익히 알려져 있었다. (205 페이지)

원문: But it was crushed by one problem. Quantum electrodynamics was plagued with instances where the equations blew up, making predictions that were utterly nonsensical. Although physicists found a way to tame these infinities, it worked only if the force carriers were massless. But in the case of the weak force, it was known this could not be the case. (pp. 186-187)

먼저, “방정식이 무너진다”에 해당하는 원문은 “the equations blew up”이다. 여기서 ‘blow up’이라는 것은 무한대로 발산한다는 의미이다. 그러므로 “양자 전기동력학의 방정식이 무한대로 발산하며 도무지 말이 되지 않는 예측을…”이라고 하는 것이 옳다. 그러면 그 다음에 나오는 “무한대의 문제”와 잘 이어진다. 두 번째로, “약력이 질량을 가지지 않을 수 없다”에 해당하는 원문은 “this could not be the case.”인데, 앞을 보면 “the force carriers were massless.”와 연결된다. “약력이 질량을 가지지 않을 수 없다”가 아니라 “약력의 매개체가 질량을 가지지 않을 수 없다”로 해야 정확하다.